第7章 波分复用

第七章波分复用技术本章重点:WDM原理和系统构成WDM中心频率和间隔WDM系统关键技术WDM系统应用形式多信道复用技术光时分复用(OTDM)光码分复用(OCDM)副载波复用(SCM)光波分复用(WDM)7.1波分复用的基本概念光波分复用的基本原理是在发送端将不同波长的光信号组合起来（复用），并耦合进光缆线路上同一根光纤中进行传输，在接收端将组合波长的光信号进行分离（解复用），并作进一步处理后恢复出原信号送入不同终端。波分复用原理示意图光发送机λ1光发送机λ2光发送机λ3光接收机λ3光接收机λ2光接收机λ1复用器解复用器λ1λ2…λN单根光纤单模光纤的带宽资源约有200nm低损耗区可用，这相当于30000GHz的频带宽度。频率间隔不同。ITU-T建议标准的波长间隔为0.8nm(在1.55um)对应100GH频率间隔)的整数倍。如0.8nm,1.6nm,2.4nm,3.6nm.1、波分复用（WDM）、密集波分复用（DWDM）光频分复用（OFDM）波分复用信道间隔划分信道间隔及采用的技术复用技术光信道间隔采用关键技术CWDM10nm-100nm普通光纤耦合器DWDM0.8nm-8nm衍射光栅、薄膜滤光片OFDM0.1nm以下阵列波导光栅、相干接收机ITU-T建议一直只提WDM和Multichannelsystem(多信道系统)，避免WDM和DWDM的区分和界定，建议文件规范的信道间隔也只窄到25GHz。目前真正实用化的光波分复用系统是16×2.5Gbit/s，16×10Gbit/s和32×2.5Gbit/s，32×10Gbit/s，40×10Gbit/s。我国目前也已达到了这一实用化水平。7.2波分复用系统的基本结构与工作原理光转发器1光转发器n光合波器BALAPA光分波器光接收器1光接收器n光监控信道发送器光监控信道接收/发送器光监控信道接收器光发送机光接收机光中继放大光纤光纤网络管理系统λsλsλsλsλ1λnλnλ1n1n17.2.1WDM系统的组成光发送机——将来自不同终端的多路光信号分别由光转发器（OTU）转换为各自特定波长的光信号后，经光合波器合成组合光信号，再通过光功率放大器（BA）放大输出至光纤中传输。光中继放大——用采用了增益平坦技术的EDFA（LA）实现对不同波长光信号的相同增益放大。光接收机——先由前置光放大器（PA）放大经传输衰减的主信道光信号，再用分波器从主信道光信号中分出不同特定波长的光信号。WDM系统的组成光监控信道（OSC）——监控系统内各信道的传输情况。在发送端，插入本节点产生的波长λs为的光监控信号（如帧同步、公务及各种网管开销字节），与主信道的光信号合波输出；在接收端，将收到的光信号进行分离，输出为λs波长的光监控信号和业务信道光信号。网络管理系统——通过光监控信道物理层传送的开销字节到其他结点或接收来自其他结点的开销字节对WDM进行管理，实现配置、故障、安全、性能管理等功能，并与上级管理系统通信。线路放大器之间目标距离的标称值为80km和120km，需要再生之前的总目标距离标称值为360km、400km、600km和640kmWDM系统的应用代码一般：nWx-y·z，n是最大波长数目W代表传输区段（W＝L，V或U分别代表长距离、很长距离和超长距离）x表示所允许的最大区段数（x＞1）y是该波长信号的最大比特率（y＝4或16分别代表STM－4或STM－16）z代表光纤类型（z＝2，3，5分别代表G.652，G.653或G.655光纤）有线路光放大器WDM系统的分类与应用代码光波长区的分配光纤有两个长波长的低损耗窗口，即1310nm和1550nm窗口它们均可用于光信号的传输，但由于目前的EDFA的工作波长为1530～1565nm，因此WDM系统应在这个波长区域内。(1)绝对参考频率(AFR)绝对参考频率是为维持光信号频率的精度和稳定度而规范的特定频率参考。ITU-T建议G.692文件，确定WDM系统的绝对参考频率规范为193.10THz。(1552.52nm)(2)G.692文件规范WDM的信道间隔为25GHz的整数倍，目前优先选用的是100GHz和50GHz信道间隔。G.652或G.655光纤系统是均匀信道间隔。G.653光纤采用非均匀信道间隔。(3)所谓标准中心频率指的是光波分复用系统中每个通路对应的中心波长的频率。(4)中心频率偏差定义为标称中心频率与实际中心频率之差。对于100GHz的16*2.5Gbit/sWDM系统,偏差±20GHz7.3光波分复用系统的关键技术7.3.1几个技术问题1.光源的波长准确度和稳定度问题2.光信道的串扰问题3.光纤色散对传输的影响问题4.光纤的非线性效应问题5.EDFA的动态可调整增益与锁定问题6.EDFA的增益平坦问题7.EDFA的光浪涌问题8.EDFA级联使用时的噪声积累问题光波分复用/解复用器技术根据制造的特点，WDM器件大致有熔锥光纤型、干涉滤波器型和光栅型等几种类型。熔锥光纤型WDM/DWDM干涉滤波器型WDM/DWDM光栅型WDM/DWDM集成光波导型WDM/DWDM光波分复用器的性能指标插入损耗——是指由于增加波分复用器/解复用器而产生的附加损耗。定义如下：其中Pi表示发送进输入端口的光功率，P0为从输出端口接收到的光功率。串扰抑制度——即串扰隔离度，)(lg10dBPPoi)(lg10dBPPCijiij光波分复用器的性能指标其中Pi是波长λi为的光信号输入光功率，Pij是波长λi为的光信号串扰到波长为λj信道的光功率。回波损耗——指从无源器件输入端口返回的光功率Pr与输入光功率Pj的比值。即)(lg10dBPPRLjr反射系数——指在WDM器件的指定端口的反射光功率Pr与入射光功率Pj之比。工作波长范围——指WDM器件能够按照规定的性能要求工作的波长范围。（λmin到λmax）信道宽度——指各光源之间为避免串扰应具有的波长间隔。偏振相关损耗——指由于偏振态的变化而引起的插入损耗的最大变化值。jrPPRlg10光波分复用器的性能指标光转发器（OTU）技术WDM系统在发送端采用OTU，主要作用是把非标准的波长转化为ITU-T所规定的标准波长，以满足系统的波长兼容性。可以根据是否具有OTU将WDM系统分为集成式和开放式两种。7.3.6光纤传输技术1.光纤类型的选择WDM新建WDM系统的路由不再选用G.653光纤，旧路由的G.653光纤用于WDM系统需采取不等间隔信道波长配置，复用路数通常选为8波。STM-16系统一般使用G.652光纤，可以实现120km的跨距传输，具有成本优势。且未来有1310和1550两个波段同时使用的潜力。2.5Gbit/s速率以上，长跨距宜选用G.655光纤。允许同一个系统中G.652光纤和G.655光纤混用。7.3.6光纤传输技术2.色散补偿技术3.色散均衡技术7.3.7WDM系统的监控技术主要的监控技术带外监控技术对于使用EDFA作为线路放大器的WDM系统，需要一个额外的光监控信道。ITU-T建议采用一个特定波长作为光监控信道，传送监测管理信息。此波长位于业务信息传输带宽之外时可选用1510±10nm。􀂆带内监控技术选用位于EDFA增益带宽内的波长1532±4.0nm作为监控信道波长。此时监控系统的速率可取为155Mbit/s。补充：光接口规范1.光接口分类我国专家对于我国的加有光放大器的长途WDM系统规定了3种光接口：8×22dB，5×30dB，3×33dB。其中前面的8、5、3分别代表传输的区段数目，22、33dB代表每个区段允许的损耗。一个8×22dB系统，在发射端使用一个功率放大器，中间加入多个在线放大器，接收机前加前置放大器，每一区段的距离约为80km，因此,总的传输距离为640km（8×80km）；一个3×33dB系统可以传输360km(3×120km)；一个5×30dB系统则可以传输500km(5×100km)。2.光接口参数ITU-T对光接口的参数还没有形成规定。为增加系统的可操作性，我国研究人员对于上述三种光接口的参数中的一个参数即WDM系统接收端光信噪比(OSNR)制定了一个规范。光信噪比OSNR定义为在接收端平均接收光功率与光带宽内接收的光噪声功率之比。对于8×22dB系统，OSNR为22dB；对于5×30dB系统，OSNR为21dB；对于3×33dB系统，OSNR为20dB安全要求有光放大器的系统，通常情况下，光放大器都工作在大功率下，其入纤功率有的已接近光纤安全功率极限，因此，ITU-T规定，系统中单路或多路入纤功率最大不能超过17dBm。7.5OTDM原理